一种功率模块热扩散结构制造技术

本发明专利技术提供一种功率模块热扩散结构，包括散热基板，设置在散热基板上的衬板，所述衬板上设有芯片，所述芯片上通过互连线连接导电层，还包括导热结构，所述导热结构采用金属管或者复合块，所述金属管的一端焊接在芯片表面，另一端焊接在衬板的低温区，所述复合块包括至少三个焊接端，其中一端焊接在所述芯片表面，其他端焊接在所述衬板的低温区，所述复合块的内部设有腔体，所述腔体填埋有高导热材料，本发明专利技术能有效降低芯片的温度，将其热量进行扩散，提升芯片运行的可靠性；其导热结构采用金属材质，与电流传导结构进行功能复用，电流传导部分代替键合线，降低了电感。降低了电感。降低了电感。

【技术实现步骤摘要】
一种功率模块热扩散结构


[0001]本专利技术涉及半导体功率模块
，具体涉及一种功率模块热扩散结构。

技术介绍

[0002]功率模块要保证稳定可靠性的运行，对于IGBT和SiC Mosfet模块来说，目前厂家承诺的最高工作结温是175℃。而实际应用工况中，为了应对结温波动和保持鲁棒性，一般会要求其结温不超过150℃。
[0003]功率器件的可靠性与功率器件的结温息息相关，据数据统计，功率器件结温每降低10℃，其可靠性会增加1倍。在相同功率条件下，功率器件的结温越低，其可靠性越高。同样的在相同的结温要求下，其热管理做的越好，其功率器件的功率可以更大。因此功率器件的热管理是功率模块的关键指标之一。
[0004]目前提高功率热管理的方法有几种，一种方法是采用PINFIN散热进行直接冷却单面散热，如文件号CN108987359B提供的一种散热器和散热器组件,此方法易于工程化，散热效率相对于间接散热提升较大，但是面临着散热效率不高的问题。
[0005]另一种是采用双面散热结构，此结构能够提高散热效率约30%，其产业化面临的问题是模块制造工艺比较复杂，同时要求模块的平整度要求非常高，另外在应用的过程中，散热器工艺复杂，总之，在没有完全解决上述问题前，双面散热结构没有得到大量应用。
[0006]因此现有芯片的热集中现象是很严重的，而芯片周围的区域是温度较低，散热面积没有得到较大的应用。

技术实现思路

[0007]针对上述存在的问题，本专利技术提供一种可以克服上述缺陷，使功率模块热量得以有效扩散的功率模块热扩散结构，其具体方法是在芯片表面进行焊接导热结构，同时导热结构也能将电流进行传递。
[0008]本专利技术的技术解决方案是：一种功率模块热扩散结构，包括散热基板，设置在散热基板上的衬板，所述衬板上设有芯片，所述芯片上通过互连线连接导电层，还包括导热结构，所述导热结构采用金属管或者复合块，所述金属管的一端焊接在芯片表面，另一端焊接在衬板的低温区，所述复合块包括至少三个焊接端，其中一端焊接在所述芯片表面，其他端焊接在所述衬板的低温区，所述复合块的内部设有腔体，所述腔体填埋有高导热材料。
[0009]本专利技术的进一步改进在于：所述金属管采用热管，管壁厚度大于0.1mm，整体为弧形，两端呈扁平状，且其两端采用锡膏包裹后进行包裹式焊接。
[0010]本专利技术的进一步改进在于：所述复合块采用倒“E”状结构，其中间端焊接或者烧结在芯片表面，另两端焊接或者烧结在所述衬板的低温区。
[0011]本专利技术的进一步改进在于：所述“E”状结构的两个外端面下方设有用于调节高度的连接面。
[0012]本专利技术的进一步改进在于：所述外端面采用锡膏焊接、烧结、超声焊接或者激光焊
接的方式连接在所述衬板上，使得形成的焊接面或者烧结面的厚度不小于0.1mm。
[0013]本专利技术的进一步改进在于：所述“E”状结构的复合块其中部设置“V”型的切块，其两端设置三角状的切角。
[0014]本专利技术的进一步改进在于：所述复合块采用金属材料或者复合材料制成，所述复合材料表面电镀有金属电镀层。
[0015]本专利技术的进一步改进在于：所述复合材料采用CuMo或者AlSiC，所述金属电镀层采用Ag或者Au材料，镀层厚度大于1um。
[0016]本专利技术的进一步改进在于：所述高导热材料为热解石墨或者热解石墨片或者退火热溶石墨。
[0017]本专利技术提供的一种功率模块热扩散结构，功率半导体的芯片是热量产生的根源，从芯片到散热器的热传递、热扩散呈现出一个梯形结构，在功率模块其他部分区域，温度是较低的，为了充分利用模块的散热面积，在芯片表面进行焊接导热结构，将热量从功率模块的上表面通过导热结构进行导出到热量相对较低的区域进行散热，热传递采用金属材料，而金属材料具有导电性，因此此结构可以进行功能复用，将金属结构进行传递热量的同时，也可以进行电流的传导。
[0018]本专利技术的有益效果是：1. 本专利技术能有效降低芯片的温度，将其热量进行扩散，提升芯片运行的可靠性；2. 其导热结构采用金属材质，与电流传导结构进行功能复用，电流传导部分代替键合线，降低了电感。
附图说明
[0019]图1是本专利技术中导热结构为金属管示意图；图2是本专利技术中导热结构为“E”状复合块示意图；图3是本专利技术中“E”状复合块缺角示意图；图4是本专利技术中“E”状复合块截面示意图；图5是本专利技术其他复合块结构示意图；其中： 1
‑
散热基板，2
‑
衬板，3
‑
芯片，4
‑
导电层，5
‑
金属管，6
‑
复合块，7
‑
连接面，8
‑
腔体，9
‑ꢀ
V”型的切块，10
ꢀ‑
三角状的切角。
[0020]具体实施方式
[0021]为了加深对本专利技术的理解，下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不对本专利技术的保护范围构成限定。
[0022]实施例1：如图1，本实施例提供的一种功率模块热扩散结构，包括散热基板1，设置在散热基板1上的衬板2，所述衬板2上设有芯片3，芯片3通过焊接或烧结在衬板2上，然后衬板2进行焊接或烧结到散热基板1上，所述芯片3上通过互连线连接导电层4形成电气互连，芯片产生的热量95%以上从芯片下方传递到散热基板进行散热。为了提高芯片上表面的扩散效率，还设置导热结构，所述导热结构采用金属管5的形式，所述金属管5的一端焊接在芯片3表面，另一端焊接在衬板2的低温区（芯片所在的区域散发热量为高温区，衬板远离芯片的区域即低温区），所述金属管5采用热管，管壁厚度大于0.1mm，整体为弧形，两端呈扁平状，且其两端采用锡膏包裹后进行包裹式焊接。
[0023]本实施例提供的一种功率模块热扩散结构，热管为铜管，将热管与芯片上表面进行焊接在一起，其中热管由于是金属材料因此也起到了电流传导的作用。热管的两端便于焊接需要将进行扁平化处理，同时不影响热管的作用。热管端面面积与芯片有源区面积进行匹配，同时为了增加导电流效果，热管管壁的厚度至少在0.1mm以上。为了充分利用热管表面的铜层进行电流传导，热管在封装工艺中，热管两端，需要用锡膏进行包裹式焊接。
[0024]实施例2：本实施例与实施例1的不同在于导热结构的形式不同。
[0025]如图2，所述导热结构采用复合块的形式，所述复合块6采用倒“E”状结构，包括三个焊接端，其中间端焊接或者烧结在芯片表面，另两端焊接或者烧结在所述衬板的低温区。所述“E”状结构的两个外端面下方设有用于调节高度的柔性的连接面7，然后采用锡膏焊接的方式连接在所述衬板上，且形成的焊接面的厚度不小于0.1mm。所述复合块采用复合材料CuMo制成，且其表面电镀有金属电镀层，所述金属电镀层采用Ag，镀层厚度大于1um。
[0026]如图3，图4所示，为进一步改善E字结构向两边传热的效率，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率模块热扩散结构，包括散热基板，设置在散热基板上的衬板，所述衬板上设有芯片，所述芯片上通过互连线连接导电层，其特征在于：还包括导热结构，所述导热结构采用金属管或者复合块，所述金属管的一端焊接在芯片表面，另一端焊接在衬板的低温区，所述复合块包括至少三个焊接端，其中一端焊接在所述芯片表面，其他端焊接在所述衬板的低温区，所述复合块的内部设有腔体，所述腔体填埋有高导热材料。2.根据权利要求1所述的一种功率模块热扩散结构，其特征在于：所述金属管采用热管，管壁厚度大于0.1mm，整体为弧形，两端呈扁平状，且其两端采用锡膏包裹后进行包裹式焊接。3.根据权利要求1所述的一种功率模块热扩散结构，其特征在于：所述复合块采用倒“E”状结构，其中间端焊接或者烧结在芯片表面，另两端焊接或者烧结在所述衬板的低温区。4.根据权利要求1所述的一种功率模块热扩散结构，其特征在于：所述“E”状结构的两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯攀，杨健明，胡斌，
申请(专利权)人：北京萃锦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：